| 연구개발개요 |
▶ 고출력 수소 연료전지 시스템 하드웨어 국산화 개발연료전지 및 연료 전지 시스템(BOP)의 유량(가스/냉각수) 제어 및 전력 측정을 목적으로 하며, 시험 모드, 및 운전 모드에 따라 유량을 제어함.▶ 전자부하기, 배터리 시뮬레이터 국산화 개발연료 전지에서 발생되는 전력을 소모시키는 역할을 하며, 부가적으로 연료 전지 시스템(BOP)에 전력을 공급해주는 역할을 함.▶ S/W 국산화 개발위 하드웨어를 구동 및 제어하는 소프트웨어를 구성하며, 위 평가를 통해 확보된 DATA를 분석 할 수 있는 소프트웨어를 구현.▶ 힐스(HILS) 시스템 힐스 시스템은 일반적으로 차량의 동적 성능을 시뮬레이션 하기 위한 프로그램으로 위 제어 프로그램과 인터페이스하여 실시간으로 차량의 동적 성능 시뮬레이션과 제어를 동시에 진행하고자함.
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| 최종목표 |
▶최종 목표○ 고출력 수소 연료전지 시스템 (200kW 이상) 성능 평가 장비 및 전자부하기 (200kW이상) 국산화 개발○ 수소 연료전지 동적 성능 평가 시스템 개발○ 수소 연료전지 동적 성능 통합 평가 장비 테스트 배드 검증▶주요 내용1) 연료전지 신뢰성 평가 설비 개발을 위한 가스 제어 기술 확보 및 적용2) 연료전지 신뢰성 평가 설비 개발을 위한 고정밀 및 고응답성 가습 시스템 성능 확보 및 적용3) 연료전지 신뢰성 평가 설비 개발을 위한 고효율 열관리 시스템 확보 및 적용4) 연료전지 신뢰성 평가 설비 개발을 위한 고정밀 압력 제어 기술 확보 및 적용5) 연료전지 신뢰성 평가 설비 개발을 위한 고정도 Cell 전압 측정 기술 확보 및 적용6) 전자부하기 및 배터리시뮬레이터 고정밀 전압 전류 제어 기술 확보 및 적용7) 전자부하기 및 배터리 시뮬레이터 고성능 회생 전력 제어 기술 확보 및 적용8) 연료전지의 동적 성능 평가를 위한 실제 차량 데이터 및 제어 로직 확보9) 연료전지의 동적 성능 평가를 위한 차량 시뮬레이션 프로그램 연동 및 표준화
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| 연구내용 및 범위 |
▶1단계 목표 ○ 연료전지 시스템 평가를 위한 주요 평가장치 기술 검토 ○ 전자부하기 및 배터리 시뮬레이터 원천 기술 검토 ○ 수소전기차 제어전략 파악▶1단계 내용 ○ 연료전지 시스템 평가를 위한 주요 평가장치 기술 검토 -가습 설비 시스템에 필요한 주요 장치에 대한 데이터 확보 및 신뢰성 확인 - 200kW 연료 전지 시스템을 위한 가습기 설계 및 제작 ○ 전자부하기 및 배터리 시뮬레이터 원천 기술 검토 - 전자부하기 및 배터리 시뮬레이터 성능 검토 및 설계 - 요구 사양에 부합하는 전자부하기 및 배터리 시뮬레이터에 적합한 주요 장치 데이터 확보 및 신뢰성 확인 - 200kW 연료 전지 시스템을 위한 전자부하기 제작 ○ 수소전기차 차량모델 개발에 필요한 환경조건 과 주행부하에 따른 연료전지 시스템의 제어전략 파악▶ 2단계 목표 ○ 연료전지 시스템 평가 시스템 제작 및 검증 ○ 전자부하기 및 배터리 시뮬레이터 검증 - 테스트 배드 활용을 통해 실제 연료전지를 활용하여 전기적 특성 검증 ○ 수소 연료전지 동적 성능 평가 시스템 개발 ▶2단계 내용 ○ 연료전지 시스템 평가 시스템 제작 및 검증 - 1단계에서 검토한 데이터 및 핵심 부품을 활용한 연료전지 시스템 평가 장비 시제품 제작 - 테스트 배드 활용을 통해 실제 연료전지 및 수소를 활용하여 성능 검증 ○ 전자부하기 및 배터리 시뮬레이터 검증 - 테스트 배드 활용을 통해 실제 연료전지를 활용하여 전기적 특성 검증 ○ 연료전지 시스템 동적 성능의 시뮬레이션이 가능한 검증된 차량모델 개발 - 개발된 시뮬레이션 프로그램과의 실제 연료전지 평가 장치와 시험 연동 신뢰성 확보▶ 요약 ○ 수소전기차의 연료전지 시스템 모델은 전 세계적으로 발표되고 있지만, 차량 시험 결과로 검증된 연료전지 시스템을 포함한 수소전기차 차량 모델은 많지 않음. 이는, 차량 제작사가 아니면 차량 및 연료전지 시스템의 데이터 취득이 어렵기 때문이라 판단됨. ○ 실제 차량을 이용한 연료전지 시스템 성능 확인 및 최적화는 많은 시간과 경제적 지원이 요구되며 테스트 베드의 환경에 따라 다양한 환경조건의 재현에 대한 한계성이 존재함. 하지만 차량 및 구성품에 대해 다양한 환경조건의 재현이 가능한 차량 모델 기반의 동적 성능평가장비 (HILS (Hardware In the Loop System)) 를 개발하여 다양한 환경조건을 재현한다면 차량 운영조건에 따른 구성품의 특성 변화를 실제 차량 없이 확인이 가능함. 이렇듯 차량 부품 제작사에서의 HILS는 차량 부품의 개발 마지막 단계에서 설계검증용 시험으로 많이 쓰이는 방법임. 각 종 제어기, 배터리, 조향 시스템 등 HILS를 활용한 부품 개발 및 연구는 다수 보고되어지고 있지만, 수소전기차의 핵심부품인 연료전지 시스템 HILS는 아직까지 보고되어지지 않고 있음. 이는, 현재 연료전지 시스템을 부품사의 비밀유지에 따라 보고되어지지 않은 가능성과 연료전지시스템의 복잡한 시스템 구성 및 수많은 제어 인자의 구동특성을 파악해야 하기에 HILS개발의 난이도가 높기 때문이라고 판단됨. ○ 본 설비를 통해 단순히 수소연료전지 시스템 성능평가 뿐만 아니라, 수소차(FCEV)의 실주행 환경(도로, 운전 환경)을 모사할 수 있는 시스템을 구성하여 수소 연료전지 자동차의 복합적인 성능평가 장비를 개발을 목표로 함.○ 본 통합 평가장비를 통해 수소 연료 전지(STACK) 시험, 연료전지 시스템(연료전지 스택 +MBOP+EBOP) 평가, 수소차 운행조건 기반 연료전지의 동적 성능 평가(시뮬레이션)를 수행할 수 있음
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